JP7026845B2 - サーボアンプシステム - Google Patents

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Description

本開示は、多軸制御が行われるサーボアンプシステムに関するものである。
従来、多軸制御が行われるサーボアンプシステムに関し、種々の技術が提案されている。例えば、下記特許文献1に記載の技術は、重力軸と、重力軸を駆動するモータと、重力軸を制動するブレーキ装置と、を備えた機械装置を制御するための制御装置であって、機械装置のモータに接続され、モータを制御するサーボアンプと、機械装置のブレーキ装置に接続され、ブレーキ装置を制御するブレーキ回路と、サーボアンプに接続されるとともにブレーキ回路に接続され、サーボアンプをしてモータを制御させるための駆動信号および電力遮断信号をサーボアンプに供給するとともに、ブレーキ回路をしてブレーキ装置を制御させるためのブレーキ有効信号をブレーキ回路に供給する主制御部と、主制御部をしてサーボアンプに電力遮断信号を供給させるための電力遮断指令信号を主制御部に供給するとともに、ブレーキ回路に対してブレーキ有効信号を直接的に供給する制御電源と、制御電源と主制御部との間に介在され、電力遮断指令信号が主制御部に供給されるタイミングを遅らせる遅延回路と、を備え、ブレーキ回路は、制御電源からのブレーキ有効信号に基づいて直ちにブレーキ装置を制御して、ブレーキ装置により重力軸を制動させることができるようになっていることを特徴とする。
特開2004-9168号公報
そのような特徴の制御装置は、上記特許文献1の記載によれば、電源切断時における重力軸の自然落下を防止することができるとされるが、更に好適な対策が望まれていた。
本開示は、上述した点を鑑みてなされたものであり、多軸制御における動力供給異常時の対策が好適になされたサーボアンプシステムを提供することを課題とする。
本明細書は、複数の軸に対して多軸制御が行われるサーボアンプシステムであって、複数の軸は、多軸制御に対する動力供給異常の時に、ロックされる軸が属する第1軸グループと、動力供給異常の時に、第1軸グループに属する軸がロックされる前において、サーボオフされる軸が属する第2軸グループとで構成されるサーボアンプシステムを開示する。
本開示によれば、サーボアンプシステムは、多軸制御における動力供給異常時の対策が好適になされている。
本実施形態のサーボアンプシステムを構成する部品実装機の斜視図である。 同サーボアンプシステムの制御構成を説明するための図である。 実装ヘッドの一部が模式的に表された図である。 同サーボアンプシステムの機能を説明するためのフローチャートである。
以下、本開示を具体化した一実施形態について図面を参照して説明する。図1に示すように、本実施形態のサーボアンプシステム1は、部品実装機10を備えている。図1には共通ベース11上に並設された2台の部品実装機10が示されている。部品実装機10は、例えば、はんだ印刷機、基板検査機、リフロー機などの他の装置と連結され生産ラインを構成して、多数の電子部品が実装された回路基板を生産する装置である。2台の部品実装機10は、同様の構成となっているため、そのうちの1台を中心に説明する。部品実装機10は、基板搬送装置13、部品供給装置15、及びヘッド駆動機構17などの各種装置が共通ベース11上に取り付けられている。なお、以下の説明では、図1に示すように、部品実装機10が並設される方向をX軸方向、搬送される回路基板の基板平面に平行でX軸方向に直角な方向をY軸方向、X軸方向及びY軸方向の両方に直角な方向をZ軸方向と称して説明する。
基板搬送装置13は、第1搬送装置21及び第2搬送装置23がY軸方向において並設された、いわゆるダブルコンベアタイプの装置である。第1及び第2搬送装置21,23の各々は、X軸方向に沿って配設された一対のコンベアベルト(図示略)を有している。第1及び第2搬送装置21,23の各々は、一対のコンベアベルトを周回させ、コンベアベルト上に支持された回路基板をX軸方向に搬送する。また、第1及び第2搬送装置21,23の各々は、電子部品の装着作業を行う停止位置まで搬送した回路基板を、回路基板の上部に設けられたストッパ(図示略)と、下部に設けられたクランパ(図示略)とによってZ軸方向において挟持して固定する。例えば、第1及び第2搬送装置21,23の各々は、はんだ印刷機などの上流の装置から搬入された回路基板をX軸方向に搬送し、停止位置で回路基板をクランプする。装着作業が終了すると、第1及び第2搬送装置21,23は、回路基板をX軸方向に搬送して後段の装置に搬出する。
部品供給装置15は、フィーダ方式の装置であり、部品実装機10のY軸方向の前端部分(図1の左下側)に設けられている。部品供給装置15では、X軸方向に並設された複数のフィーダ25が共通ベース11上に設けられている。各フィーダ25は、共通ベース11に対して着脱可能に構成されており、テープフィーダ27から供給位置に電子部品を供給する。テープフィーダ27は、電子部品を供給する媒体であり、多数の電子部品を一定の間隔で保持したキャリアテープが巻回されている。フィーダ25は、キャリアテープの先端が供給位置まで引き出されており、キャリアテープごとに異なる種類の電子部品を供給する。各フィーダ25の供給位置は、X軸方向に沿って並設されている。従って、供給位置は、電子部品の種類が異なればX軸方向の位置が異なる。
また、ヘッド駆動機構17は、XYロボット型の移動装置である。ヘッド駆動機構17は、スライダ31をX軸方向にスライドさせるX軸サーボモータ41(図2参照)と、Y軸方向にスライドさせるY軸サーボモータ43(図2参照)とを備えている。スライダ31には、実装ヘッド33が取り付けられている。実装ヘッド33は、2つのサーボモータ41,43が駆動されることによって、共通ベース11上に載置された部品実装機10の各々のフレーム部35上の任意の位置に移動する。X軸サーボモータ41及びY軸サーボモータ43は、例えばリニアモータ機構やボールねじ送り機構などを移動機構として用いることができる。なお、実装ヘッド33の移動距離については、X軸方向よりもY軸方向が長い。そのような移動距離などのため、Y軸サーボモータ43の電力消費は、X軸サーボモータ41の電力消費よりも大きい。
実装ヘッド33の下方には、ノズルホルダ37が設けられている。ノズルホルダ37は、複数の装着ノズルを下向きに保持している。装着ノズルの各々は、正負圧供給装置(図示略)を介して負圧エア、正圧エア通路に通じており、負圧にて電子部品を吸着保持し、僅かな正圧が供給されることで保持した電子部品を離脱する。実装ヘッド33は、Z軸の回りにノズルホルダ37を回転駆動するR軸サーボモータ45(図2参照)を有している。また、実装ヘッド33は、選択した装着ノズルを個別にZ軸方向の下向きに延伸動作及びZ軸方向の上向きに縮退動作させるZ軸サーボモータ47(図2参照)を有している。また、実装ヘッド33は、選択した装着ノズルを個別にZ軸の回りに回転駆動するQ軸サーボモータ49(図2参照)を有している。
上記した基板搬送装置13、部品供給装置15、ヘッド駆動機構17、及び実装ヘッド33は、制御装置51(図2参照)と通信ケーブルによって接続されている。制御装置51は、各装置13乃至17から各種情報を取得し、取得した情報に基づいて演算や判定などを実行する。また、制御装置51は、演算結果や判定結果に基づいて装置13乃至17の動作を適宜制御する。部品実装機10は、制御装置51によって電子部品の装着作業が制御される。また、部品実装機10には、上部カバーの前端部分に操作装置29が設けられている。オペレータは、制御装置51が操作装置29に出力した情報を確認し、必要な操作や設定を操作装置29に対して行うことができる。
上記した構成の部品実装機10は、制御装置51の制御に基づいて、ヘッド駆動機構17及び実装ヘッド33を駆動して、供給位置の電子部品を回路基板の装着位置に装着する装着作業を繰り返し実行する。具体的には、まず、ヘッド駆動機構17は、装着する電子部品が供給されるフィーダ25の供給位置の上方まで実装ヘッド33を移動させる。実装ヘッド33は、装着ノズルによって供給位置の電子部品を吸着する。次に、ヘッド駆動機構17は、基板搬送装置13によって停止位置に位置決めされた回路基板の上方まで実装ヘッド33を移動させる。そして、実装ヘッド33では、Z軸サーボモータ47が駆動し、装着ノズルをZ軸方向の下向きに延伸動作させる。このとき、図3に示すように、実装ヘッド33のノズルホルダ37では、昇降軸71が、その下端に設けられた装着ノズル73によって電子部品EPを吸着した状態で下降する。更に、実装ヘッド33では、基板搬送装置13上の回路基板CBの装着位置に電子部品EPが当接すると、装着ノズル73の負圧が解消され、電子部品EPが離脱して回路基板CBに装着される。
図2に示すように、部品実装機10は、上記した構成に加えて、サーボアンプ53を備えており、更に、制御装置51において、メイン制御部55及びサーボコントローラ57を備えている。メイン制御部55は、コンピュータを主体として構成され、CPUなどの演算回路、RAM,ROMなどの記憶装置を備えており、部品実装機10の全体を制御する。
サーボコントローラ57は、制御装置51内でメイン制御部55と接続されると共に、サーボアンプ53と通信ケーブルによって接続されている。サーボコントローラ57は、メイン制御部55及びサーボアンプ53に加えて、上記したヘッド駆動機構17の各サーボモータ41,43及び実装ヘッド33の各サーボモータ45乃至49によって、サーボ機構を構成する。これにより、多軸制御が行われることによって、上記した電子部品EPの装着作業が行われる。
サーボアンプ53は、コンバータ59、電圧検出部61、及びサーボ制御部63を備えている。コンバータ59は、接続された電源Pの交流を整流し、コンデンサで平滑させて直流に変換するものである。なお、電源Pは、例えば、商用電源であって、制御装置51にも接続されることによって、上記した多軸制御に対して動力供給を行うものである。
電圧検出部61は、サーボアンプ53内において、コンバータ59及びサーボ制御部63に接続されている。電圧検出部61は、コンバータ59の電圧が低下して基準値(例えば、商用電源電圧未満の値)よりも小さくなると、ワーニング信号をサーボ制御部63に送信する。なお、サーボ制御部63は、ワーニング信号を受信すると、その旨を、サーボコントローラ57を介して、メイン制御部55に通知する。
サーボ制御部63は、ヘッド駆動機構17の各サーボモータ41,43及び実装ヘッド33の各サーボモータ45乃至49と、通信ケーブルによって接続されている。サーボ制御部63は、サーボコントローラ57の指令に従って、ヘッド駆動機構17の各サーボモータ41,43及び実装ヘッド33の各サーボモータ45乃至49を、サーボオン又はサーボオフの状態にする。よって、そのようなサーボ制御部63を備えたサーボアンプ53は、多軸一体型のものである。
更に、実装ヘッド33は、Z軸ロック装置39を備えている。Z軸ロック装置39は、電源が遮断されることによって、昇降軸71を自動的にロックしてZ軸方向の上下への移動を不能にするものである。また、Z軸ロック装置39は、メイン制御部55と通信ケーブルによって接続されている。これにより、メイン制御部55は、例えば、ローレベル信号をZ軸ロック装置39に送信することによって、電源が遮断された場合と同様にして、昇降軸71を自動的にロックしてZ軸方向の上下への移動を不能にすることが可能である。なお、そのようなZ軸ロック装置39は、公知技術で構成されるため、その詳細な説明は省略する。
本実施形態のサーボアンプシステム1では、上記した多軸制御に対する動力供給が異常になった際において、昇降軸71がその自重で落下することを防止している。そのため、図4のフローチャートで示された各処理が、例えば、メイン制御部55で動作中のサーボミドルウエアなどで実行される。
なお、動力供給の異常としては、例えば、電源Pが停電するケースがある。そのようなケースでは、メイン制御部55は、そのコンデンサに充電されている電力などによって、サーボミドルウエアの動作を継続する。また、サーボアンプ53の動作は、コンバータ59内のコンデンサに充電されている電力で行われる。
まず、ステップS10において、メイン制御部55は、サーボ制御部63が電圧検出部61のワーニング信号を受信した旨の通知を、サーボコントローラ57から受けているか否かを判定する。この判定は、上記した通知をメイン制御部55が受けていない場合には(S10:NO)、再び行われる。
これに対して、上記した通知をメイン制御部55が受けた場合には(S10:YES)、ステップS12において、第1サーボオフ処理が行われる。この処理では、メイン制御部55は、サーボコントローラ57及びサーボ制御部63を介して、ヘッド駆動機構17の各サーボモータ41,43をサーボオフの状態にする。その際、ヘッド駆動機構17の各サーボモータ41,43は、電力消費が大きな順でサーボオフの状態にされる。従って、さきに、Y軸サーボモータ43がサーボオフの状態にされ、次に、X軸サーボモータ41がサーボオフの状態にされる。これにより、各サーボモータ41,43が停止するまでにコンバータ59内のコンデンサに帰還した回生エネルギーを加えた電力で、Z軸サーボモータ47のサーボオンの状態を維持する。
続いて、ステップS14において、ロック処理が行われる。この処理では、メイン制御部55は、Z軸ロック装置39を介して、昇降軸71をロックする。
更に、ステップS16において、第2サーボオフ処理が行われる。この処理では、メイン制御部55は、Z軸ロック装置39のロック完了に必要な時間が経過した後に、サーボコントローラ57及びサーボ制御部63を介して、実装ヘッド33の各サーボモータ45,47,49をサーボオフの状態にする。
以上詳細に説明したように、本実施形態のサーボアンプシステム1は、多軸制御における動力供給異常時の対策が好適になされている。
ちなみに、本実施形態において、部品実装機10は、実装機の一例である。X軸サーボモータ41及びY軸サーボモータ43で構成される軸グループは、第2軸グループの一例である。Z軸サーボモータ47で構成される軸グループは、第1軸グループの一例である。電圧検出部61は、検出部の一例である。
なお、本開示は上記実施形態に限定されるものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、第1サーボオフ処理(S12)又は第2サーボオフ処理(S16)では、メイン制御部55に代えて、サーボ制御部63が、各サーボモータ41乃至49をサーボオフの状態にしてもよい。
また、サーボアンプ53とZ軸ロック装置39との間で信号が入出力される構成とし、サーボ制御部63がワーニング信号を受信したタイミングで、サーボアンプ53から出力されると共にZ軸ロック装置39に入力される信号がトリガーとして扱われることによって、ロック処理(S14)における昇降軸71のロックが開始されてもよい。
また、電圧検出部61が電源Pとサーボアンプ53との間に設けられることによって、電圧検出部61のワーニング信号がサーボコントローラ57に入力されるようにしてもよい。
また、サーボアンプ53は、多軸一体型のものと1軸型のものとの組み合わせで構成されてもよいし、5個の1軸型のもので構成されてもよい。但し、それらのような場合、電圧検出部61は、Y軸サーボモータ43又はX軸サーボモータ41を制御するサーボアンプ内に設けられ、あるいは、Y軸サーボモータ43又はX軸サーボモータ41を制御するサーボアンプと電源Pとの間に設けられる。
また、本開示は、工作機械等で具体化されてもよい。
1 サーボアンプシステム
10 部品実装機
41 X軸サーボモータ
43 Y軸サーボモータ
45 R軸サーボモータ
47 Z軸サーボモータ
49 Q軸サーボモータ
61 電圧検出部
CB 回路基板
EP 電子部品

Claims (4)

  1. 複数の軸に対して多軸制御が行われるサーボアンプシステムであって、
    前記複数の軸は、
    前記多軸制御に対する動力供給異常の時に、ロックされる軸が属する第1軸グループと、
    前記動力供給異常の時に、前記第1軸グループに属する前記軸がロックされる前において、サーボオフされる軸が属する第2軸グループとで構成されるサーボアンプシステム。
  2. 前記動力供給異常の検出を、前記第2軸グループに供給される動力に対して行う検出部を備える請求項1に記載のサーボアンプシステム。
  3. 前記第2軸グループに属する前記軸は、少なくとも2つ以上あり、電力消費が大きな順でサーブオフされる請求項1又は請求項2に記載のサーボアンプシステム。
  4. 前記複数の軸は、電子部品を回路基板に実装する実装機が有するX軸、Y軸、及び重力方向で動作するZ軸を含み、
    前記Z軸は、前記第1軸グループに含まれ、
    前記X軸及び前記Y軸は、前記第2軸グループに含まれる請求項3に記載のサーボアンプシステム。
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